米家寨水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

摘 要：通過(guò)介紹米家寨水庫(kù)概況及存在的問(wèn)題，分析了水庫(kù)除險(xiǎn)加固的必要性，并對(duì)水庫(kù)大壩各部提出了設(shè)計(jì)方案。工程建成后，既提高了水庫(kù)防洪能力，又改善和恢復(fù)了灌區(qū)灌溉面積，具有顯著的社會(huì)效益和防洪效益。

關(guān)鍵詞：米家寨水庫(kù)；大壩；防滲加固；加固設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TV697.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.132

1 工程概況

米家寨水庫(kù)位于忻州市忻府區(qū)境內(nèi)的云中河中游出山口處，控制流域面積305 km2，距忻州市城區(qū)約30 km，米家寨村上游300 m，是一座以域鎮(zhèn)防洪、農(nóng)業(yè)灌溉為主的中型水庫(kù)，建于1976年，1977年攔洪蓄水，1989年進(jìn)行了泄洪工程改建與大壩防滲加固，總庫(kù)容1.025×107 m3。水庫(kù)樞紐主要由大壩、深孔泄洪閘和灌溉洞組成，大壩為壤土斜墻混合料碾壓壩，壩址河底高程887.58 m，壩頂高程909.0 m，最大壩高21.42 m。

米家寨水庫(kù)工程等別為三等，永久性建筑物中主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為5級(jí)。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇。下游河道設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為10～20年一遇洪水，正常蓄水位906.73 m，設(shè)計(jì)洪水位906.29 m，校核洪水為908.56 m。

2 除險(xiǎn)加固的必要性

根據(jù)大壩安全鑒定結(jié)果，水庫(kù)綜合類別為三類壩，存在的主要問(wèn)題有：①壩體填土質(zhì)量差，干容量1.29～1.6 g/cm3，壩頂出現(xiàn)縱向通縫；②壩基、壩肩滲漏嚴(yán)重，且存在明顯的滲透變形、破壞問(wèn)題，壩后在低水位時(shí)就有管漏問(wèn)題存在；③水庫(kù)大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)不達(dá)現(xiàn)行部頒標(biāo)準(zhǔn)；④大壩兩壩端岸坡存在明顯的滑坡危險(xiǎn)，危及水庫(kù)樞紐工程的安全；⑤泄洪閘未設(shè)檢修門，工作門漏水嚴(yán)重，泄槽挑流段混凝土灌注樁有斷樁問(wèn)題，局部基礎(chǔ)下況，挑流段已產(chǎn)生橫向貫通縫，危及泄洪工程乃至大壩的安全；⑥灌溉洞檢修門銹蝕嚴(yán)重，啟閉設(shè)備簡(jiǎn)陋，鋼絲繩報(bào)廢，閥門井漏水嚴(yán)重，工作閘閥不能使用；⑦大壩缺乏正常的、必要的觀測(cè)和通迅設(shè)施，流域內(nèi)無(wú)水情、雨情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，不利于水庫(kù)的安全運(yùn)行與管理。

綜上所述，現(xiàn)在“多病多險(xiǎn)”的米家寨水庫(kù)不僅不能保證下游工農(nóng)業(yè)用水需求，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，而且在遇較大洪水時(shí)存在垮壩的危險(xiǎn)。水庫(kù)一旦垮壩，將會(huì)給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的危害。為此，米家寨水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程已迫在眉睫，是非常必要的。

3 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

3.1 大壩壩體、壩基防滲加固工程

3.1.1 防滲墻軸線及位置的確定

米家寨水庫(kù)是一座碾壓壤土斜墻混合壩，壩體前半部分為碾壓壤土，后半部分為碾壓純砂反濾層和碎石渣、砂礫石，座于透水性較嚴(yán)重的砂礫石層上，壩體填土質(zhì)量差，最小干容重僅1.29 g/cm3。鑒于此，綜合考慮造墻工程量最小、墻體便于與兩岸壩頭帷幕灌漿相銜接和減少壩體滲漏等，確定混凝土防漏墻軸線布置在平行于壩軸線上游3 cm處?？紤]到現(xiàn)狀壩頂寬僅6 m，無(wú)法安排施工設(shè)備和道路交通，將施工平臺(tái)高程設(shè)在908.00 m，即壩頂下切1 m，施工平臺(tái)寬度達(dá)到11 m。

3.1.2 墻型選樣

綜合工程地質(zhì)和防滲效果，板柱式和槽板式混凝土防滲墻適合于壩基防滲處理，考慮到板柱式造價(jià)昂貴，且工期較長(zhǎng)，采用槽板式混凝土防滲墻。

要將基礎(chǔ)埋置于淘刷線以下。基礎(chǔ)埋深不足時(shí)，可以按不同河床堆積物的情況在腳墻外修較寬的沉排、石籠，或堆壘大量漂礫或混凝土塊體，或砌筑圬工護(hù)墻；也可以用改河和導(dǎo)流的辦法避免路基直接受激流沖刷。

3.1.3 混凝土防滲墻墻厚確定

綜合防滲墻的強(qiáng)度、滲透、穩(wěn)定、施工以及地質(zhì)條件，并結(jié)合壩址區(qū)的工程地質(zhì)條件，確定0.8 m厚的防滲墻施工是可行的。

3.1.4 防滲墻截水輪廓與邊界連接及造孔深度確定

根據(jù)地質(zhì)情況，沖擊鉆鉆透堅(jiān)硬巖層較困難且弱風(fēng)化巖層滲漏損失相對(duì)較小，根據(jù)北京已建防滲墻的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在可能的條件下，嵌入弱風(fēng)化巖層深度下限以0.5～1.0 m較為合理，造孔也較容易，因此，設(shè)計(jì)防滲輪廓線在弱風(fēng)化巖層下0.5 m左右，岸坡巖石比較破碎，透水性大，墻底嵌入弱風(fēng)化基巖的深度為2.5 m。為了保證施工質(zhì)量，從槽孔的造孔和混凝土澆筑方面考慮，各單孔之間的基巖面不應(yīng)相差太大。所以防滲輪廓線為折線，造孔最大深度56.10 m，平均45.5 m。

3.1.5 混凝土防滲墻與兩岸的連接設(shè)計(jì)

在平面布置上，應(yīng)使防滲墻以最短的距離與岸坡連接起來(lái)。本次設(shè)計(jì)兩岸坡采用帷幕灌漿防滲處理，所以防滲墻與兩壩頭帷幕灌漿漿脈以搭接的方式相連，搭接長(zhǎng)度2.5 m。

3.1.6 槽孔接頭設(shè)計(jì)

根據(jù)北京地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)，槽孔接頭均采用套接一鉆，也就是相鄰槽孔之前搭接一個(gè)主孔寬度（0.8 m），如果遇接頭部位存在較大質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，可在接頭部位重新鑿孔澆筑混凝土。接頭孔的開鑿時(shí)間可根據(jù)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)情況和鉆孔深度確定，一般在澆混凝土后24～48 h開鑿接頭孔較為合理。

3.1.7 壩體工程

1989年改建設(shè)計(jì)壩頂高程909.00 m，本次復(fù)核壩頂高程應(yīng)為910.05 m，設(shè)計(jì)結(jié)合壩體防滲加固工程施工要求，壩頂下切1.0 m。壩體防滲墻工程完成后，在施工面加高大壩1.2 m（即新增壩高0.2 m），上、下游壩坡仍沿用原壩坡坡度，采用粒徑大于30 cm的塊石進(jìn)行護(hù)坡處理，并設(shè)反濾層。新增0.2 m壩頂，依靠上游端的防浪墻和下游端的壩沿石攔護(hù)垂直加高。壩頂路面從上游向下游放坡2%.壩頂上游設(shè)立C20混凝土現(xiàn)澆防浪墻，墻底直接座于混凝土防滲墻頂，墻底寬0.8 m，基礎(chǔ)埋深1.2 m，壩頂面以上高1.5 m，相應(yīng)墻頂高程為910.7 m。防浪墻每20 m設(shè)一沉降縫，縫內(nèi)設(shè)1.0 cm厚的聚乙烯膨脹泡沫塑膠止水板。

3.2 壩端帷幕灌漿及庫(kù)岸削坡減重工程

3.2.1 壩端帷幕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

右壩端壩體防滲墻與泄洪閘左閘墩相接，帷幕設(shè)計(jì)沿左閘墩外邊垂直壩體防滲墻，向閘室上游沿伸12.15 m，然后轉(zhuǎn)角90°，從閘前鋪蓋底板一直沿伸至右岸山巖。左壩端帷幕軸線與壩體防滲墻軸線一致，伸入左岸山巖。左壩頭伸入山巖深度17.5 m，帷幕軸長(zhǎng)17.5 m；右壩頭伸入山巖深度25 m，帷幕軸長(zhǎng)57.05 m。兩種防滲體采用搭接法連接，搭接長(zhǎng)度2～3 m。閘基及兩壩頭均座于強(qiáng)風(fēng)化黑云母花崗片麻巖上，節(jié)理發(fā)育，破碎較嚴(yán)重。為保證灌漿效果，灌漿孔深均要求伸入完整基巖2～3 m。采用接地式灌漿帷幕，帷幕厚度取單排孔帷幕厚1.6 m，防滲帷幕要求單位吸水率小于0.0 5 L/min·m·m。

帷幕灌漿采用兩排孔。在左壩頭與壩基防滲墻接頭部位的2.5 m范圍內(nèi)，與防滲墻搭接。孔距2.5 m，排距0.8 m，幕厚3.63 m。

3.2.2 兩壩端岸坡削坡減重工程

兩壩端實(shí)施削坡減重，在下部做適當(dāng)?shù)淖o(hù)坡工程，并對(duì)岸坡設(shè)以2～3 m深錨桿和掛鋼絲網(wǎng)保護(hù)，徹底清除滑坡隱患。右壩端岸坡，削坡從泄洪閘右側(cè)導(dǎo)水墻頂897.0 m開始，設(shè)2.5 m寬?cǎi)R道平臺(tái)，向上以1∶0.75的坡削至909.0 m重力壩頂高程。同時(shí)，為出渣方便，在909.0 m高程設(shè)2.0 m寬?cǎi)R道平臺(tái)，仍以1∶0.75的坡削至920.0 m高程，設(shè)2.0 m寬?cǎi)R道平臺(tái)，以1∶1的坡削至岸邊頂部940.0 m。削坡范圍下游始點(diǎn)設(shè)計(jì)從重力壩后壩端開始，上游終點(diǎn)控制在閘室上游90 m處，并對(duì)閘室上游段897.0 m高程以下實(shí)施貼面護(hù)坡。

左壩端岸坡工程，結(jié)合上壩公路的維修進(jìn)行。削坡范圍為從岸邊上壩公路的始點(diǎn)開始至大壩上游50 m。削坡設(shè)計(jì)根據(jù)岸坡現(xiàn)狀從上壩公路內(nèi)側(cè)以1∶0.75的坡度一直削至920～950 m高程。在巖層破碎嚴(yán)重段，采用貼岸護(hù)坡式護(hù)坡工程。

對(duì)兩岸壩端岸坡實(shí)施削坡減重工程后，為保證岸坡經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后的穩(wěn)定性，對(duì)削坡段全斷面設(shè)以梅花狀布置的鋼錨桿，間距3.0 m，并設(shè)鋼絲維護(hù)網(wǎng)，噴錨混凝土護(hù)層。

3.2.3 泄洪閘泄槽加固設(shè)計(jì)

泄槽挑流段橫縫的產(chǎn)生是由基礎(chǔ)混凝土灌注樁有斷樁和施工質(zhì)量不達(dá)設(shè)計(jì)要求，樁柱強(qiáng)度不足所致。本次設(shè)計(jì)擬從泄槽樁號(hào)0+171.9 m處的伸縮沉降縫處至末端全部拆除重建，以徹底清除泄槽存在的隱患。通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算，原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布局合理，設(shè)計(jì)強(qiáng)度符合規(guī)范要求。為使水流暢順，改建段泄槽仍采用原結(jié)構(gòu)。為防河床嚴(yán)重下切，影響水庫(kù)樞紐工程安全，在泄槽下游800 m河槽內(nèi)設(shè)置二座穩(wěn)固河床的暗壩。暗壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為砌石壩，壩頂高程高于現(xiàn)河床0.2 m，基礎(chǔ)深入現(xiàn)河床下2.0 m。每條暗壩壩長(zhǎng)62 m，壩頂寬1.5 m，壩底寬2.5 m，下游面垂直上游面設(shè)坡。

3.2.4 灌溉洞閥門井防滲工程

目前，灌溉洞閥門長(zhǎng)期浸在水中而報(bào)廢，井深達(dá)18.0 m，工作門位于井底，管理困難。設(shè)計(jì)擬在灌溉洞閥門井內(nèi)從底部至上3.0 m高度范圍內(nèi)，在原砌石墻壁上內(nèi)襯12 m混凝土貼面，并以梅花狀布置的錨筋桿入原砌石墻，以增加其結(jié)合強(qiáng)度。結(jié)合右岸山岸削坡減重工程，從大壩右岸山坡修設(shè)臺(tái)階，通至灌溉洞閥門井底部拓開管理門，高2.0 m，寬1.2 m，同時(shí)在閥門井內(nèi)新挖集水井一處，在閥門井下游右側(cè)角拓通一條排水溝道，使其順泄槽后墻流入下游河道。

3.2.5 壩體測(cè)壓管設(shè)計(jì)布置

原壩體無(wú)壩體浸潤(rùn)線和壩基滲透壓力觀測(cè)管，更無(wú)繞滲觀測(cè)管。設(shè)計(jì)擬在壩體內(nèi)埋設(shè)浸潤(rùn)線觀測(cè)管和壩基埋設(shè)滲透壓力觀測(cè)管。同時(shí)在壩兩端安裝繞壩滲漏觀測(cè)管。壩體浸潤(rùn)線觀測(cè)管和壩基透水層滲水壓力觀測(cè)管均設(shè)三排，位置基本在同一樁號(hào)上，只是前后錯(cuò)位2 m。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)米家寨水庫(kù)目前存在的問(wèn)題，從壩體和壩基防滲加固、壩端帷幕灌漿及庫(kù)岸削坡減重、泄洪閘泄槽加固、上壩公路改建、灌溉洞閥門井防滲、壩體測(cè)壓管布置等六方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。工程實(shí)施后，水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到部頒標(biāo)準(zhǔn)，不僅水庫(kù)防洪能力將明顯提高，而且下游132.8 km2范圍內(nèi)的交通設(shè)施（京原鐵路、朔黃鐵路、108國(guó)道、原太高速公路、忻保公路）和軍用通迅光纜，18.7萬(wàn)人口和14.3萬(wàn)畝耕地（忻州城區(qū)及7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，33個(gè)自然村的）以及雙乳山中型水庫(kù)等水利設(shè)施的防洪安全得以保障，同時(shí)與下游7.5 km處的旁引水庫(kù)雙乳山中型水庫(kù)的聯(lián)合運(yùn)用可保證云中河水利管理處16.6萬(wàn)畝農(nóng)田得到適時(shí)適量的灌溉，具有顯著的社會(huì)效益和防洪效益。

作者簡(jiǎn)介：馮東升（1970—），男，2016年畢業(yè)于大連理工大學(xué)水利水電建筑工程專業(yè)，助理工程師。

〔編輯：王霞〕